KR830001267B1

KR830001267B1 - Axial thrust bearing device

Info

Publication number: KR830001267B1
Application number: KR1019790001514A
Authority: KR
Inventors: 하르트만 막스; 에그만 쟝
Original assignee: 게르트 뤼크, 하인즈 클루게; 비비시브라운. 보베리 엔드 컴페니, 리미티드
Priority date: 1978-08-04
Filing date: 1979-05-12
Publication date: 1983-06-30
Also published as: IT1122347B; IT7924669A0; KR830000793A; CH633355A5; JPS5524291A; US4309144A

Abstract

내용 없음.No content.

Description

Axial thrust bearing device

제1도는 본 발명에 의한 축 드러스트 베어링 장치의 제1예시도로서, 압축기에 대하여 크게 확대한 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a first exemplary view of a shaft thrust bearing device according to the present invention, and is greatly enlarged with respect to a compressor.

제2도는 본 발명에 의한 축 드러스트 베어링 장치의 제2예시도로서, 역시 압축기에 대하여 크게 확대한 도면.2 is a second exemplary view of the axial thrust bearing device according to the present invention, which is also enlarged greatly with respect to the compressor.

본 발명은 축방향으로 견고하게 고정되어 있으며 축 드러스트판과 상호 작용하는 드러스트 베어링이 제공되어 있는 유체 기관에 있어서 회전축에 작용하는 축추력을 흡수하는 축 드러스트 베어링 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an axial thrust bearing device for absorbing axial thrust acting on a rotating shaft in a fluid engine that is rigidly fixed in the axial direction and provided with a thrust bearing for interacting with an axial thrust plate.

열 터어보 기관에서, 견고하게 고정되어 있으며 축 드러스트판과 상호 작용하는 드러스트 베어링에 의해서 터어빈 축에 작용하는 축추력을 흡수할 수 있다는 것이 알려져 있다. 그러나, 드러스트 베어링의 완전한 동작 상태를 위해서 축드러스트판의 주변 속도는 일정한 값, 즉 일정한 범위로 제한되어 있는 한개의 드러스트 베어링에 의해서 흡수할 수 있는 축추력의 값을 초과해서는 안된다. 다른 한편으로, 특히 가스 터어빈의 경우에 동작 중에 일어나는 축추력을 정확하세 미리 산정할 수 없는 경우가 자주 있는데, 이것은 드러스트 베어링의 부하에 대하여 특히 큰 축 직경을 필요로 하는 대형 가스 터어빈의 경우에 비교적 커다란 불확실 요인이 된다. 이러한 불확실 요인에 대응하는 드러스트 베어링을 크게 한다는 것은 축 드러스트판의 주변 속도를 실제로 필요로 하는 속도보다 더 크게 할 수 있기만 하면 가능하다.In thermal turbochargers, it is known that the thrust bearing acting on the turbine shaft can be absorbed by a thrust bearing which is rigidly fixed and interacts with the shaft thrust plate. However, for the full working condition of the thrust bearing, the peripheral speed of the shaft thrust plate should not exceed a certain value, ie the value of the axial thrust that can be absorbed by a single thrust bearing limited to a certain range. On the other hand, in the case of gas turbines, in particular, the axial thrust occurring during operation cannot be accurately estimated in advance, which is especially true for large gas turbines that require particularly large shaft diameters for the loads of thrust bearings. This is a relatively large source of uncertainty. Increasing the thrust bearing to counter these uncertainties is only possible if the peripheral speed of the axial thrust plate can be made larger than the speed actually required.

이제까지 공지되어 있는 전후로 배치된 두개의 드러스트 베어링은 동작중에 일어나는 축 길이 방향의 열 팽창으로 설치가 불가능하다.The two forward and backward thrust bearings known so far are not possible to install due to axial longitudinal thermal expansion during operation.

본 발명의 목적은 대형 가스 터어빈의 경우에도 축추력을 완전히 지지할 수 있는 축 드러스트 베어링 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an axial thrust bearing device capable of fully supporting axial thrust even in a large gas turbine.

본 발명에 따라 원래 설치된 축 드러스트 베어링 장치는 각 경우에 있어서 지지될 축에 결합된 축 드러스트판과 제1드러스트 베어링의 축 드러스트판에 대하여 축 방향으로 변위 가능한 베어링 부재가 상호 작용하도록 되어 있는 적어도 또 다른 하나의 드러스트 베어링을 구비하고 있고, 또 이 베어링 부재들이 축추력이 변할때 이들 베어링 부재를 통해 축에 미치는 추력 보상이 동일하게 변화하도록 축추력 기능으로써 제어되는 적어도 하나의 드러스트장치를 통해 이들에 작용하는 축추력에 대해 지지되어 있는 것이 특징이다.The axial thrust bearing device originally installed according to the present invention is such that, in each case, the axial thrust plate coupled to the shaft to be supported and the bearing member displaceable in the axial direction with respect to the axial thrust plate of the first thrust bearing interact with each other. At least one thrust bearing having at least one further thrust bearing which is controlled by the axial thrust function such that the thrust compensation on the shaft through these bearing members changes equally when the axial thrust changes. It is characterized by its support for axial thrust acting on them through the device.

열 터어보 엔진이 사용될때는 이러한 축 드러스트 베어링 장치는 지지될 축에 작용하는 축추력이 어떤 요구되는 수의 축 베어링에 분배되며, 터어보 엔진의 기동시, 즉 베어링의 저부하에서의 베어링 용량은 거의 0이며 축의 회전 속도, 즉 베어링의 부하용량의 증가와 함께 증가하는 효과가 있다.When a thermal turbo engine is used, this axial thrust bearing arrangement distributes the axial thrust acting on the shaft to be supported to any desired number of axial bearings, and the bearing capacity at startup of the turbo engine, i.e. at the low load of the bearing, is almost 0, which increases with increasing rotational speed of the shaft, ie the load capacity of the bearing.

이러한 축 드러스트 베어링 장치는, 예를 들면 수력 터어빈, 가스터어빈, 증기 터어빈 또는 압축기 등에 사용될 수 있다.Such axial thrust bearing devices can be used, for example, in hydraulic turbines, gas turbines, steam turbines or compressors.

드러스트 베어링은 2중 작용 분편식 드러스트 베어링으로 설계되면 효과적이다.Thrust bearings are effective when they are designed as double acting partial thrust bearings.

추력 보상을 완전히 제어하려면 유체 엔진에 널리 사용되는 작동 매체의 압력 기능으로 드러스트 장치를 통해 영향을 미치는 추력 보상을 조정하는 장치가 제공되면 효과적이다.To fully control thrust compensation, it is effective if a device is provided that adjusts the thrust compensation effected through the thrust device by the pressure function of the working medium, which is widely used in fluid engines.

예를 들면 가스 터어빈의 경우, 이 유체 엔진에 작동 매체가 작용되는 압력분로(pressure tapping)를 마련하고 이 분로를 한 라인을 통해 1개 이상의 제어 가능한 드로틀(throttle)밸브에 연결시키는 장치를 마련하여서 이 드로를 밸브가 대기로 개방되어 있으며 그 드로를 밸브를 통해 압력 분로에서 소량의 압력 매체가 유출되게 되어 있으며 드로틀 밸브의 토출측을 토출 오리피스에 연결시키는 또 하나의 라인에서 드로틀 밸브로 제어 가능하며 제2드러스트 베어링의 드러스트 장치 내부에로 제3라인을 통해 전달되어 추력 보상을 행하는 대기압 이상의 압력으로 세트될 수 있는 그러한 작은 단면의 오리피스를 갖는 토출 오리피스에로 또 하나의 라인을 통해 그 드로틀 밸브의 토출측에서 연결되어 있을때 효과적이다. 또 유체 엔진에 압력 매체가 작용되며 한 라인을 통해 유압 조정 부재에 연결된 압력 분로를 마련할 때, 그리고 이 압력 조정 부재가 유압이 상승하여 압력매체의 압력에 대응하여 추력을 보상하도록 드러스트 장치에 연결되어 있을 때도 효과적이다. 이때 드러스트 장치가 하나 이상의 추력 방향으로 가요성이 있는 드러스트 체임버를 구비하고 있으면 효과적이다. 압축기에 연결된 축을 지지할 때는 압력 분로가 압축기에 마련되어 있으면 효과적이다.In the case of gas turbines, for example, the fluid engine has a pressure tapping on which the working medium is applied and the device is connected via a line to one or more controllable throttle valves. The draw valve is open to the atmosphere, where a small amount of pressure medium flows out of the pressure shunt through the valve and can be controlled by the throttle valve in another line connecting the discharge side of the throttle valve to the discharge orifice. The throttle through another line into the discharge orifice having such a small cross-section orifice that can be transferred through the third line into the thrust device of the second thrust bearing and set to a pressure above atmospheric pressure for thrust compensation. Effective when connected at the discharge side of the valve. In addition, when a pressure medium is applied to the fluid engine and a pressure shunt is connected through a line to the hydraulic adjustment member, the pressure adjustment member is provided to the thrust device so that the hydraulic pressure is increased to compensate for the thrust in response to the pressure of the pressure medium. It is also effective when connected. It is effective if the thrust device is equipped with a thrust chamber that is flexible in one or more thrust directions. When supporting a shaft connected to a compressor, it is effective if a pressure shunt is provided in the compressor.

첨부 도면을 참조하여 본 발명을 다음에서 설명한다.The present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

제1도에서 알 수 있는 바와같이, 개략 부분도를 보인 가스터어빈에 사용되며 동작 중에 터어빈축(1)에 작용하는 축추력을 흡수하는 축 드러스트 베어링장치는, 축 방향에 견고하게 고정되어 있고 제1축 드러스트 판(2)과 상호 작용하며 두개의 분편환(4,5)이 마련되어 있는 공지된 구조의 분편 드러스트 베어링(3)을 갖는다.As can be seen in FIG. 1, the axial thrust bearing device used for the gas turbine shown in the schematic partial view and absorbing the axial thrust acting on the turbine shaft 1 during operation, is firmly fixed in the axial direction. It has a piece of thrust thrust bearing 3 of known construction, which interacts with the first axis thrust plate 2 and is provided with two piece rings 4, 5.

이 축 드러스트 베어링 장치는 상기한 것과 더불어 또 하나의 드러스트 베어링(7)이 마련되는데, 이것은 지지된 축(1)에 연결되는 제2축 드러스트판(6)과 상호 작용하여 이것의 두 분편 베어링 환(8,9)은 고정된 구조로 되어 있는 제1드러스트 베어링(3)의 제1축 드러스트판(6)에 대하여 축방향으로 변위 가능하게 되어 있다.This axial thrust bearing device is provided with another thrust bearing 7 in addition to the above, which interacts with the second axial thrust plate 6 which is connected to the supported shaft 1. The piece bearing rings 8 and 9 are axially displaceable with respect to the 1st axial thrust plate 6 of the 1st thrust bearing 3 which has a fixed structure.

축방향으로 함께 이동 가능한 제2드러스트 베어링(7)의 분편 베어링 환(8,9)은 이 두 분편 베어링(8,9)사이의 간격이 항상 정확히 유지되도록 공통 지지환(10)에 지지되어 있다. 두개의 분편 베어링 환(8,9)또는 이들을 지지하는 지지환(10)을 원하는대로 축방향으로 이동시키기 위해서 이 지지환(10)은 축방향으로 신축 가능하며 고정 베어링 하우징(13)의 주변부에 고정되는 두 개의 다이어프램(11,12)에 의하여 중앙에 지지되어 있다.The fragment bearing rings 8, 9 of the second thrust bearing 7, which are movable together in the axial direction, are supported on the common support ring 10 so that the gap between the two bearing bearings 8, 9 is always maintained accurately. have. In order to move the two piece bearing rings 8, 9 or the supporting rings 10 supporting them axially as desired, the supporting rings 10 are axially expandable and provided at the periphery of the fixed bearing housing 13. It is supported at the center by two diaphragms 11 and 12 which are fixed.

추력 방향으로 신축 가능하고 후미에서 베어링 하우징(13)에 지지되는 드러스트 체임버(14,14')는 금속 주름통(metal bellows)에 의해 지지환(10)의 두 단부면에 접촉하여 설치된다.The thrust chambers 14, 14 ′ which are extensible in the thrust direction and supported by the bearing housing 13 at the aft are installed in contact with the two end faces of the support ring 10 by metal bellows.

가스 터어빈의 압축기(15)에는 라인(16)을 통해 각각 제어가능한 두 개의 드로틀 밸브(17,18)에 연결되는 압력 분로가 마련되어 있다. 제어 공기를 냉각시키는 냉각기(19)는 라인(16)에 마련되어 있다. 드러스트 체임버(14)의 한 주름통이 새게 될 경우에, 누출되는 고온의 압축 공기가 냉각되기 때문에 고온의 압축 공기에 의한 윤활유의 점화로 일어나는 화재 위험을 피할수 있다.The compressor 15 of the gas turbine is provided with a pressure shunt that is connected to two throttle valves 17, 18 which are each controllable via line 16. A cooler 19 for cooling the control air is provided in line 16. When a corrugation tube of the thrust chamber 14 leaks, the risk of fire caused by ignition of lubricating oil by the hot compressed air is avoided because the leaking hot compressed air is cooled.

드로틀 밸브(17,18)의 토출측들은 각각 하나의 체임버 또는 각각의 라인(20,21)에 연결되어 있고, 이 라인들은 대기로 통해 있는 각각의 토출 오리피스(22,23)를 가져서 개방된 드로틀 밸브를 통해 압력 분로로부터 소량의 가스를 유출시키게 되어 있다. 이 토출 오리피스(22,23)는, 드로틀 밸브의 토출측에 각각 연결되는 체임버나 라인(20,21)에서 드로틀 밸브(17,18)로 제어 가능하며 각각의 라인(24,25)을 통해 각각의 드러스트 체임버(14,14')의 내부를 전달되는 대기압 이상의 압력이 세트될 수 있도록 하는 그러한 작은 단면의 오리피스를 갖는다.The discharge sides of the throttle valves 17 and 18 are each connected to one chamber or to each of the lines 20 and 21, which lines are opened with respective discharge orifices 22 and 23 through the atmosphere. A small amount of gas is allowed to flow out of the pressure shunt through. The discharge orifices 22 and 23 are controllable to the throttle valves 17 and 18 in the chambers or lines 20 and 21 connected to the discharge side of the throttle valve, respectively, and through the respective lines 24 and 25, respectively. It has such a small cross-section orifice that allows pressure above the atmospheric pressure to be delivered to the interior of the thrust chambers 14, 14 ′ can be set.

두 개의 드로틀 밸브(17,18)의 어느 하나가 개방되면 그에 따라 한 방향 또는 다른 방향으로 추력보상이 생기게된다. 추력 보상의 크기는 특수 드로틀 밸브에 의해서 제어된다. 또 고정되어 설치된 드러스트 베어링(3)에 압력 센서(pressure sensor)(26,27)를 제공하여 이 압력 센서(26,27)에 의해 결정된 압력 값의 함수로서 드로틀 밸브(17,18)의 개방 위치를 조절할 수 있다.When either of the two throttle valves 17 and 18 is opened, there is a thrust compensation in one direction or the other. The magnitude of thrust compensation is controlled by a special throttle valve. In addition, a pressure sensor 26, 27 is provided to the fixedly installed thrust bearing 3 to open the throttle valve 17, 18 as a function of the pressure value determined by the pressure sensor 26, 27. You can adjust the position.

분지 라인(20,21)을 적당히 설치한 결과, 토출 오리피스(22,23)를 통해 압력 라인 시스템(24,25)에로가 아니라 대기 속으로 공기를 유출시킴으로써 냉각기에서 압축 공기의 냉각 결과 생길 수 있는 응축수를 운반할 수 있다.As a result of the proper installation of the branch lines 20, 21, the result of cooling of the compressed air in the cooler by flowing air into the atmosphere rather than to the pressure line systems 24, 25 via the discharge orifices 22, 23 Condensate can be transported.

가스 터어빈이 기동될 때 축(1)의 회전 속도가 매우 작기 때문에 두 드러스트 베어링(3,7)의 분편 베어링에는 가벼운 부하가 주어지며, 실제로 이때 이들에 가해지는 부하는 매우 작다.Since the rotational speed of the shaft 1 is very small when the gas turbine is started, the fragment bearings of the two thrust bearings 3, 7 are given a light load, and in fact the load on them is very small.

압축기(15)에 연결되는 라인(16)의 압력은 터어빈에 의해 축(1)에 작용하여 증가되는 축추력에 비례해서 증가하기 때문에, 드러스트 체임버(14,14')에 의해서 지지환(10)에 가해지며 축추력을 상쇄시키는 추력 보상력이 상응 비례해서 각 베어링이나 터어빈 부품들의 특정동작 온도에 관계없이, 즉 이들 베어링 또는 터어빈 부품들의 크기에 관계 없이 제2 드러스트 베어링이 축방향으로 변위 가능하여서 항상 동일한 부하 조건들이 두개의 드러스트 베어링(3,7)에 일어나게 된다.Since the pressure in the line 16 connected to the compressor 15 increases in proportion to the increased axial thrust acting on the shaft 1 by the turbine, the support ring 10 is supported by the thrust chambers 14, 14 ′. Thrust compensating force applied to cancel the axial thrust, and correspondingly proportionately, the second thrust bearing displaces in the axial direction irrespective of the specific operating temperature of each bearing or turbine part, ie regardless of the size of these bearings or the turbine part. It is therefore possible that the same load conditions always occur in the two thrust bearings 3, 7.

다이어프램이 제공되는 드러스트 체임버(14,14')대신에 서어보 모우터를 사용하는 것도 물론 가능하다.It is of course also possible to use a servo motor instead of the thrust chambers 14 and 14 'provided with a diaphragm.

충분히 높은 압력에서 유압 장치가 이용될 수 있으며 제2도에 보인 실시예를 사용하는 것도 또한 가능한데 여기에서는 압축기(15)에서 분할되어 나온 압력이 압축기의 전달 압력 과정에 대응하여 라인(29)에 흐르는 제어 유압을 조정하는 제어밸브(28)에 통해져 있다. 3분로 콕(3-way cock((30)은 드러스트 베어링의 한 측에서 다른 측으로 전환할 수 있게한다. 추력 방향에 따른 각각의 드러스트 체임버(14,14')에 의해 압축기의 전달 압력으로 작용하는 추력 보상의 비율은 드로틀 밸브(31)로 제어된다는 점은 제1도에 보인 실시예와 유사하다.Hydraulic devices may be used at sufficiently high pressures and it is also possible to use the embodiment shown in FIG. 2, in which the split pressure from the compressor 15 flows in line 29 in response to the delivery pressure process of the compressor. The control valve 28 adjusts the control oil pressure. The three-way cock (30) allows switching from one side of the thrust bearing to the other. The pressure of the compressor is transferred by the respective thrust chambers 14, 14 'along the direction of thrust. The ratio of the acting thrust compensation is controlled by the throttle valve 31 is similar to the embodiment shown in FIG.

제1도의 실시예에 유사한 여타 부품들을 반복하여 설명할 필요는 없다.Other components similar to the embodiment of FIG. 1 need not be described repeatedly.

Claims

An axial thrust bearing device for absorbing axial thrust acting on a rotating shaft of a fluid engine that is axially fixed and has a thrust bearing interacting with the axial thrust plate, the device being supported in each case. The bearing member 8, 9 is coupled to the shaft thrust plate 2 of the first thrust bearing 3, with another shaft thrust plate 6 coupled to the shaft 1 to be engaged. One or more other thrust bearings 7 displaceable in the direction, and the thrust compensation exerted by the shaft 1 through the thrust chambers 14 and 14 'at the same rate of change as the axis thrust changes. Axial thrust bearing device, characterized in that the bearing members (8,9) are supported against axial thrust acting thereon through at least one thrust chamber (14,14 ') controlled as a function of axial thrust.